锚网索联合支护在预防煤巷顶板事故中的应用

2016-10-31陈全斌汪海生

甘肃科技 2016年6期

关键词：网索煤巷离层

陈全斌，汪海生

（甘肃靖远煤电股份有限公司大水头煤矿，甘肃　白银　730913）

锚网索联合支护在预防煤巷顶板事故中的应用

陈全斌，汪海生

（甘肃靖远煤电股份有限公司大水头煤矿，甘肃白银730913）

大水头煤矿在煤巷施工过程中将锚网索联合支护从理论推向实践，对该支护方式的支护原理和具体的操作方法以及需注意的问题进行了逐步探究，最终取得煤巷锚网索联合支护的成功，杜绝了煤巷掘进顶板事故的发生。

锚网索；联合支护；顶板事故；预防

大水头煤矿于1997年9月正式投产，设计生产能力105万t/a，后经过技术改造，于2013年产量达到220万t/a，主采一煤层。目前主要掘进巷道布置在东一采区和西三采区，在1260水平至950水平的所有巷道均采用锚网索联合支护。截至目前，已利用锚网支护技术安全掘进煤巷约37800m。在煤巷掘进过程中，通过确定合理的支护参数、加强施工现场质量验收管理，重点做好初期顶板管理和后期矿压监测监控等措施，成功杜绝了煤巷掘进顶板事故，取得了显著成效。

1　支护作用原理

煤巷锚网索联合支护是锚杆、锚索、金属网联合支护，共同支撑煤巷顶板的一种混合支护技术，它的作用原理就是利用锚网索联合支护形成一个支护整体，加强和提高巷道顶板一定范围岩层的抗剪压能力，形成坚实的挤压加固拱，抵抗巷道围岩变形，达到支撑维护巷道的目的。

2　顶板事故预兆

巷道围岩变形有一个从弹性到塑性，最后丧失抵抗力的过程，这种特性决定了锚网索联合支护的煤巷顶板变形要经过一定变形量的积累，当顶板变形量积累达到一定程度，就会导致煤巷顶板突然垮塌造成顶板事故。锚网索联合支护煤巷顶板变形过程往往引发一系列压力显现，出现以下顶板事故预兆：

1）顶板出现局部离层掉渣，在金属网上形成网兜，严重时造成顶锚杆断裂或失效。

2）巷道两帮收敛变形严重，顶板下沉，金属网出现撕裂现象。

3）巷道底板鼓起，巷道两帮压裂。

4）顶板爆响，顶板离层监测仪显示离层加剧。

3　顶板事故的预防

3.1合理确定锚杆支护参数

根据工作面地质条件，合理参照邻近工作面地质力学评估资料，依据秦巴列维奇理论按挤压加固拱原理对掘进工作面围岩破坏范围和围岩压力进行计算。并以此为依据，结合其他矿井的生产实践合理确定锚杆支护参数。

3.1.1巷道围岩破坏范围的计算

1）煤巷两帮煤体受压破坏深度。

C=Htan（45-φ/2）

式中：c——煤体受压破坏深度，m；

H——巷道高度，m；

φ——煤的内摩擦角，φ=arctan（f）=45°，f=1。

2）巷道顶板潜在的冒落拱高。

b1=a1/u（a+c）/（Rc/1000）

式中：

b1——巷道顶板潜在的冒落拱高，m；

a——承受弯曲的悬臂岩层的半跨距，m；

Rc——巷道顶板岩石的抗压强度，N/cm2。

3）顶板压力。

（4）两帮煤体倾向压力。

式中：γ——煤的体积重量，kN/m3。

3.1.2合理确定锚杆支护参数

依据巷道围岩破坏范围的理论计算值，辅以工程类比，结合其他矿井的实践经验，回采巷道锚杆支护参数确定如下：

运输顺槽顶锚杆均选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆；帮锚杆选用长度2600mm、直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆。锚杆间、排距取700mm×800mm。所有参数均在计算值范围内，符合要求。

回风顺槽顶锚杆选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆；两帮锚杆选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆，锚杆间、排距取700mm×800mm。所有参数均在计算值范围内，符合要求。

顶板瓦斯抽采巷顶锚杆选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆；两帮锚杆选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆，锚杆间、排距取700mm×800mm。所有参数均在计算值范围内，符合要求。

开切眼顶锚杆选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆；两帮锚杆选用长度2600mm，直径22mm的高强度左旋螺纹钢锚杆，锚杆间、排距取700mm×700mm。所有参数均在计算值范围内，符合要求。

为了提高巷道的支护能力，运输顺槽、回风顺槽随巷道掘进在巷顶正中每四排锚杆打注一根Ф17.8mm×7000mm的锚索以加固支护，开切眼每四排锚杆在巷顶正中及两拱部同时各打注一根Ф17.8mm×7000mm的锚索以加固，顶板瓦斯抽放巷沿顶板掘进，则根据顶板情况决定锚索施工参数。

3.2加强施工现场管理，抓好锚杆锚索的安装质量

1）煤巷全部采用综掘机掘进一次成巷，及时支护、及时预紧锚杆螺母，保证煤岩的完整性。

2）严格按设计要求的角度、间排距对锚杆（索）孔进行标点定位，采用长度为1.3m和2.7m的长短钻杆配合打眼，保证眼孔深度，并跟踪监督检查锚杆（索）的安装，确保锚杆（索）的安装质量。

3）锚杆（索）的安装必须按要求进行，锚固剂、锚杆、锚索、托板和螺母等性能强度、结构必须与设计锚固力相匹配，各种材料入井必须有产品合格证。巷道顶帮锚杆的方向、位置和密度必须符合设计要求，托板必须贴紧顶板和煤壁，不得松动，接触面积达到85%以上。出现锚杆不接顶贴帮时，必须重新补打锚杆。网要展开铺平，贴紧顶板和煤帮，用锚杆托板压紧。螺母的拧紧力矩不小于450N·m。锚杆、锚索安装前，必须要压风将孔内煤（岩）粉、水等吹洗干净。锚杆端部必须推至眼底，尾部外露长度为120～130mm。

4）锚杆、锚索安装，必须按作业规程规定的施工操作程序进行，先装双速药卷，再装中速药卷，用锚杆（索）将药卷送至孔底后，用搅拌装置边搅拌边用力迅速向孔底推进锚杆（索），待药卷得到充分搅拌后停机，搅拌时间为30s，搅拌要连续进行，中途不得停顿。锚杆搅拌后上托板，1min后二次预紧，锚索搅拌凝固5min后上托板张拉，其张力必须达到30MPa。

5）由掘进巷道专职跟班安检员对各自管辖工作面的所有锚杆用力矩扳手逐根验收，合格的喷漆标号，纳入小班安全质量标准化评估中进行日常考核打分，小班评估90分方为合格。矿生产口管理人员对全矿锚网索联合支护巷道进行抽查，发现锚杆、锚索安装质量达不到设计要求的当月质量标准化一票否决，并进行结构工资考核。

3.3加强顶板观测，及时获得顶板稳定状况的信息

1）锚网索联合支护巷道按设计要求每隔20m布设1个观测点，断层及围岩破碎带、应力集中区、交岔点等特殊地点观测点加密，顶板离层仪安设在巷道顶正中，深基点固定在顶板上方7m处，浅基点固定在顶板上方3m处。

2）顶板离层仪由各施工队技术负责人负责及时安装（安装离层仪时距前头距离≤5m）。

3）观测点实行挂牌管理，牌板上写明观测点号、安装人员、安装日期和初始数据，并指定专人负责观测数据，填写原始记录，建立观测档案。

4）观测点和离层仪每3d观测一次，向生产技术部及时上报观测数据。

5）生产技术部对收集的观测数据进行认真分析，从中总结顶板变化的规律性，对观测数据异常点要进行现场调查，若现场确定该处巷道顶板活动异常威胁安全生产时，立即上报主管领导采取相应措施。

3.4锚网索联合支护巷道出现顶板事故预兆要及时维护

1）井下作业人员随时观察巷道顶板及煤壁活动情况，一旦发现顶板异常，出现顶板事故预兆要及时向队部值班人员和调度室汇报并采取相应措施，杜绝事故发生。

2）顶板出现局部离层掉渣、顶锚杆断裂时，及时处理网兜、补打锚杆，确保巷道顶板的完整性，尽量减少顶板离层的发展。

3）巷道出现两帮收敛、顶板下沉、金属网撕裂等现象时，要根据巷道顶板变形程度加打Φ17.8mm× 7000mm锚索加固。

3.5根据地质条件及时调整支护密度或变更支护

该井田范围内地质构造发育，煤系地层不稳定，煤巷顶板岩石具有不稳定性，巷道掘进时经常遇到断层、顶板破碎带、顶板岩性变化带，巷道工程地质条件变化较大，为了保证巷道支护科学合理，各施工队要注意观察巷道围岩条件变化，随时与生产技术部门联系，工程技术人员要根据工程地质条件变化随时修改锚网索联合支护密度，在锚网索支护不能满足安全生产需要时及时变更支护形式。